鍥而不舍追求技術創新 腳踏實地促進成果轉化
——走進廣州市非傳統制造技術及裝備重點實驗室

[編者按]廣州市非傳統制造技術及裝備重點實驗室于2016年批準組建，2019年通過廣州市科技局驗收，目前是華南地區唯一成規模的特種加工專業實驗室。實驗室針對航空航天、海工裝備等國家重大產業需求、面向大灣區國民經濟主戰場，在激光、超聲、電解、電火花加工等方向開展新理論、新技術、新裝備的研究，近年來開辟了海工裝備、微流控芯片研究新領域。實驗室致力于創建良好學術氛圍，培養理論基礎扎實、實踐經驗豐富的高素質人員，為國家和大灣區經濟發展提供技術和人才支持。

實驗室概況

實驗室依托廣東工業大學機電工程學院，是省部共建精密電子制造技術與裝備國家重點實驗室的重要組成部分。近年來，在廣東省政府高水平大學建設經費的支持下，購置了價值3千余萬元的高檔儀器設備，如國內高校中唯一的大功率激光沖擊強化設備，各類飛秒、納秒激光器，高精密微細電火花機床，六軸數控電火花機床，三菱慢走絲線切割機床，多臺套自制多軸數控電解和超聲加工機床等，實驗室場地面積1000平方米。

實驗室現有人員18人，包括博士生導師4人，碩士生導師14人，其中廣東省特支計劃教學名師1人，青年拔尖人才1名，珠江科技新星1人，實驗室主任為張永俊教授。成員90%以上有國外留（訪）學經歷，均具有博士學位。實驗室張永康教授是現任機電學院院長，長期致力于抗疲勞制造研究，曾獲國家技術進步獎一等獎1項、國家技術進步獎二等獎1項、中國專利金獎等10余項獎勵。實驗室近5年承擔國家自然科學基金項目15項，其他省部級項目20余項，總經費超4000萬元，發表SCI論文70余篇，出版專著1部，授權發明專利300余件，獲得廣東省科技進步獎一等獎、中國機械工業科學技術獎一等獎、中國好設計金獎、日內瓦國際發明展最高級別獎項“特別嘉許金獎”等。

研究項目及課題

近年來，針對國家和大灣區經濟發展的需求，實驗室開展了一系列原創性的研究。

（1）激光鍛造增材制造、激光微納加工。提出的雙束激光鍛造增材制造新工藝，改善了抗疲勞性能，獲得了第一個國家自然科學基金資助，獲批了第一個國內發明專利和第一個美國專利，經同行專家鑒定：研制的雙屏顯示變脈沖寬度單縱模固體激光器（14.5～26.2ns，10J，10Hz）屬于我國首臺多功能雙激光沖擊鍛造增材制造成套裝備；采用飛秒、納秒激光器開展硬脆材料激光精細加工基礎理論與方法研究，解決了電子制造領域的光電材料和器件加工難題。

（2）海工裝備研究。作為實現“碳達峰、碳中和”的重要途徑之一，海上風能受到世界各國高度重視。針對風大、浪高、水急深水區運輸和安裝大型風機的世界級難題，提出了安裝平臺抗疲勞結構設計與拓撲優化新方法；攻克了巨型樁腿失穩、平穩自升降失控、葉片吊裝失準三大世界性難題；研制出作業水深45米、55米和80米等系列安裝平臺，被國際海洋工程領導者比利時DEME公司等行業巨頭評為世界上最先進的海上風電安裝船。創新成果與產品在我國、英國、丹麥、德國等國內外著名海上風電場已開展大規模應用，不斷創新了海上風機安裝的世界紀錄，2016年在英國完成世界首批32臺8MW風機安裝。工程應用入選央視和英國BBC聯合攝制紀錄片《改變地球的一代人》。同時開展了輕量化焊接成形制造部件的海洋腐蝕機理及環境敏感斷裂機理研究，開發了環保高效的船體表面磨料水射流除漆、除銹、防銹一體化裝備。

（3）電解加工新方法研究。針對航空發動機核心復雜構件、醫療和新能源汽車關鍵零部件的精密、高效、低成本加工需求，發明了全新電解銑削新工藝，揭示了新工藝中電解液流變規律及其產物輸運特點，探究了電解銑削表面微觀組織結構的演變過程及控制方法，實現加工效率和精度跨越式提高，尤其是實現了普適應用，可以解決離心葉輪、擴壓器、傳動軸內齒和其他航空零件加工中高工具損耗難題，也為醫療器械微細異形結構提供了唯一解決方案。針對航空、兵器工業需求，提出了深窄槽的管電極電解銑削新技術，突破了困擾行業的技術瓶頸。

（4）金屬基復合材料電解電火花復合加工。碳化硅顆粒增強鋁基復合材料是第三代電子封裝材料的代表，針對大體積分數顆粒增強金屬基復合材料增強相體積分數大，硬度、熔點高，導電性差等導致的加工精度和表面質量差，加工效率低以及電極損耗大等問題，重點完成了加工過程的理論建模、加工機理分析、裝備研制、高精度打孔以及三維復合放電銑削等工藝研究；解決了新型電極研制、多能量協同作用等關鍵問題，取得了重要理論及實驗成果，加工效率是電火花加工同類材料的10～20倍，加工尺寸精度達到±5μm，表面粗糙度Ra達到0.2μm，工具損耗為現有電化學放電加工的七分之一以下。

（5）超聲加工研究。早在2006年，在廣州市科技計劃項目資金的資助下開展了超聲加工基礎理論和技術的研究，提出并完善了自己的超聲振子設計方法，開發的近百套超聲磨削裝置在企業陸續投入應用，獲得用戶高度認可。獨創的引線鍵合超聲振子結構，端部能實現復雜微軌跡運動，性能超越現有產品。多年來，在超聲加工領域申請了系列核心發明專利，全部超聲零部件和電源均自主設計與制造。

（6）專用電火花線切割機床和專機研制。開發了用于裂解連桿應力槽加工的雙向同步電火花線切割機床，為企業減少直接投入近千萬元；配套研制的連桿裂解加工機床，具有低成本、高效率、易維護等優點，在廣東、江蘇企業生產線上穩定運行；首創的多槽同步電火花線切割機床，可用于航空、汽車等領域環形工件的分塊切割，配套開發了分時輸出脈沖電源，建立了相關的控制模型，實際加工效率提高3倍，內應力變形大幅減少。

（7）自動化焊接工藝和設備研究。2017年，為行業內唯一上市公司——湖南泰嘉新材料科技股份有限公司開發“硬質合金帶鋸條全自動精密電阻焊裝備”，形成了年產 30萬米硬質合金帶鋸條的生產能力，比較現有帶鋸條生產模式，柔性化生產線固定資產投入降低 74%，材料成本下降80%。項目成果對促進我國帶鋸條行業的發展和推廣異種金屬焊接技術應用于實際工程具有深遠的意義。

（8）聲流體學和微流控芯片技術的研究。開展聲流體學研究，通過設計、加工、組裝精密的超聲微機械系統，實現高效的聲鑷技術；同時通過建立聲流體數學物理模型，探究微腔道內的聲流體效應及其影響規律、揭示微納顆粒的聲學動力學機理，最終實現無接觸和無創的顆粒/細胞操控。開發了基于微流控芯片的系列檢測設備，并進入市場銷售。

復合電加工高體積分數顆粒增強金屬基復合材料（70%）精密三維結構

對外交流與合作

實驗室對外交流頻繁，先后與英國諾丁漢、瑞士聯邦理工、日本東京農工、比利時魯汶大學等高校建立了聯系，接待和派遣師生進行交流。積極參加國內外學術會議，掌握學科前沿動態。

實驗室成立之初確定了求真、務實宗旨，從工藝提出到設備研制，核心硬件自行開發，強調成果轉化；地處國內經濟最發達地區之一的大灣區，產業需求旺盛，有利于成果的落地；主要負責人來自國內航空院校，對軍民融合技術情有獨鐘，熱切期待著能與科研院所開展實質性的合作。

未來規劃和研究重點

實驗室將持續強化基礎創新研究，尤其鼓勵年輕人提出從無到有的原創性思想；對初獲證明的新工藝抓緊投入應用，早日創造價值；不斷拓展特種加工技術新應用，同時在應用中發現新課題，使項目研究“頂天立地”；瞄準國家重大產業需求開展研究工作，爭取5年內產生2項標志性高水平研究成果并得到應用；培養2～3名具有國際視野、專業能力強、樂于奉獻的青年拔尖人才，通過5～10年建設，使實驗室成為國內外有一定影響力的高水平研究基地。